太藍,計劃將動力電池里的那層隔膜去掉了!
在熱鬧但神秘的固態電池圈,最近太藍的這一技術發布,絕對稱得上是爆炸性的消息,將湖水深處的“暗流涌動”激發成“驚濤駭浪”。
01.
邁出,與液態電池并駕齊驅的一大步
11月7日,太藍新能源與長安汽車在重慶聯合舉辦“無隔膜固態鋰電池技術發布會”。
單單這一句話,就涵蓋三個重點。
一、 重點一,太藍新能源 ,國內最早研發固態電池的公司之一,也是率先實現半固態小動力電池量產出貨的公司之一。也就決定了,他們對固態電池的研究和應用的現狀及趨勢都了如指掌。
二、 重點二,長安汽車 ,主機廠界三大央企之一,加快推進電池、電驅動等核心技術的應用和自研,并且積極布局、培育下一輪競爭優勢。此次,他們與太藍結成固態電池研發制造與量產應用并行的戰友,驗證從液態電池到半固態電池再到全固態電池的每一步。
三、 重點三,無隔膜固態電池 ,是液態電池固態化的第一步,也是三十年來鋰電池技術演進從量變到質變的一大步。
02.
減薄,固態電解質層不到隔膜的一半
簡單來說,無隔膜固態鋰電池技術,減掉隔膜,并在正負極極片表面導入高致密復合固態電解質層。
那么,太藍和長安是怎么去隔膜的呢?
從材料和工藝兩點來下功夫 ,這也是這款無隔膜固態電池最不一樣之處。
首先,該款無隔膜固態電池的電解質材料是 氧化物與聚合物的復合電解質,由太藍董事長&CTO高翔親自帶隊開發而成 ,兼具氧化物的穩定性與聚合物的優良界面接觸優勢。
其次,固態電解質膜的制備工藝—— 原位亞微米工業制膜(ISFD)技術,為太藍全球獨創。
目前,固態電解質膜的形態大概分為三類,原位固化、隔膜涂敷、正負極涂敷。原位固化適用于聚合物電解質,因它與正負極活性材料物理接觸較好。而太藍的ISFD技術適合復合電解質,制備得到的極片能夠增加固態電解質與電池極片間的有效接觸面積,提升鋰離子傳輸速率,改善固-固接觸的問題、構建穩定的固態界面,通過極片復合和界面柔化技術實現在極片上導入超薄、連續、致密的固態電解質層,制備固態電池,實現無隔膜化,提升固態電池的電化學性能和安全性。
NE時代查詢了太藍的專利,發現太藍已經申報了等離子體、超聲、靜電、旋轉霧化等多種基于物理噴涂的極片制備方法,提升涂層的穩定性和界面的相容性。
最最重要的結果,固態電解質層超薄,不到3μm,大大低于常規隔膜的7μm /9μm。 這使得即便在使用同種固態電解質材料和一樣的離子傳導速率下,鋰離子在正負極之間的傳輸路程大幅降低,因而快速充放電時間大幅降低、顯著提升了電池的倍率性能和功率性能。
03.
無隔膜,很安全
隔膜,主要作用是使電池的正、負極分隔開來,防止正負極接觸而短路。
在液態鋰電池中,隔膜是必須的,但不夠安全。
傳統液態鋰離子電池使用PE、PP材質的隔膜,這種材質的隔膜,100℃以上高溫下就易收縮甚至融化,易造成正負極短路,大量發熱,引發電解液燃燒和電極材料熱分解,進而導致電池起火或爆炸。
為增強隔膜的耐熱性,業界已開展廣泛研究并實施多項改進措施,包括在隔膜表面涂覆氧化鋁、勃姆石等無機耐熱材料以及芳綸等有機高熔點材料。這些措施雖然在一定程度上提高了隔膜的耐熱能力,但當電池溫度升至150°C以上時,隔膜本體的大幅收縮仍難以遏制。行業為解決安全問題,常常通過增加大量防護措施,比如在PACK層面,增加氣凝膠、增加云母片、增加液冷系統、增加高強度殼體……過度堆砌不僅大幅增加成本,增加系統復雜性,而且這些措施都無法從根本上解決由隔膜特性引起的鋰電池安全問題。
但在半固態電池和全固態電池中,隔膜卻不是必須的,仍能確保安全性。
因為,有固態電解質層的存在。
固態電解質層完全不燃燒,在保證高鋰離子傳導能力的同時,又兼顧提供優異的耐熱性。這種固態電解質層還具有相當的韌性和機械強度,有效抑制了高溫、機械力、鋰枝晶等因素誘發的熱失控,從根本上提升了電池安全等級。
這是從電池的本征安全出發的創新。
自然,完全無隔膜設計目前還是有極其高的技術壁壘。材料的設計、制備工藝的開發,哪一項都不容易,都需要顛覆性的創新和大量的實驗驗證。
相比液態鋰電池,太藍無隔膜半固態電池安全性能大幅提升。在擠壓、高溫、過充等電池安全測試中遠超國標要求。產品已經通過GB38031-2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》和GB43854-2024《電動自行車用鋰離子蓄電池安全技術規范》相關認證,獲得檢驗檢測報告。
■耐擠壓方面,國標要求擠壓形變量達到15%,電池不起火、不爆炸。而太藍無隔膜固態電池,可承受擠壓形變量達60%,耐擠壓形變能力提升300%。
■耐過充方面,國標要求過充至4.62V(1.1 Vmax.),電池不起火、不爆炸。而太藍無隔膜半固態電池可過充到19V,耐過充能力提升300%。
■耐高溫方面,國標要求在130℃下保持30分鐘,電池不起火、不爆炸。而太藍無隔膜半固態NCM和LFP/LMFP電池,分別可在180℃和200℃下保持30分鐘不起火、不爆炸,耐熱溫度提升50℃和70℃。
04.
魔法,破解鋰電池的魔咒
安全性和能量密度,就像硬幣的兩面,一直是行業討論的永恒的話題。
在傳統液態電池中要同時兼顧幾乎是無解的。
但,在無隔膜方案中,卻是有解的。
隔膜材質本身是不產生能量的,若把這層隔膜去掉,就可相對減少對能量密度的影響。當然,這一切的前提是無隔膜也不影響安全性。
太藍的無隔膜固態電池就做到了這一點,在安全的大前提下減少對不產生能量的隔膜的依賴,在有限的空間中增加正負極活性材料的使用,提高能量密度。
不但如此, 通過去掉隔膜和減少部分電解液,太藍可實現原材料成本直接降低 10% 以上 。
更何況,半固態電池還可沿用90%以上原有液態鋰電池的生產設備。
相較于當前的液態電池,半固態電池在安全性方面有著顯著的提升。由于這種安全性的增強,半固態電池能夠采用之前液態電池無法駕馭的高鎳材料,這使得半固態電池體系具備了更強的競爭力。 如果進一步能夠將半固態電池的成本控制下來,那么毫無疑問,半固態電池將成為下一代的電池技術。
也就是說,太藍一下子解決了液態鋰電池的安全性和能量密度不能兼顧的問題、半固態電池的產業化和商用化問題。
太藍在發布會上闡明了量產時間表,無隔膜半固態電池計劃于2026年實現裝車驗證,以滿足新能源電動汽車的應用需求;無隔膜全固態電池計劃于2027年實現批量生產,率先應用在部分細分專業領域,如低空經濟,同時開展新能源電動車的整車示范性應用。
05.
去探索,去質疑,去證偽
太藍在去隔膜的過程中對材料的改進和對工藝的創新,都是在用非常規思維對抗行業共同默認和信奉的一些理論和模型,打破思維桎梏。
就像是在重塑世界觀一樣,因為原有的范式存有問題,保留了一些開放的思考空間,吸引到一批擁護者確立新的范式。
就像今天的“增程車”,從人人喊打到紛紛倒戈,形成一種新的范式。當然,整個過程并不是一蹴而就的。
太藍新能源CEO李彥認為,鋰電池行業擁有自己的范式革命——用簡單對抗復雜。無隔膜,是其中的第一步。
在減材制造范式的指引下,太藍新能源顛覆性地提出 4-3-2-1 技術路線:
在目前傳統液態鋰離子電池的四大主材基礎上;
■第一步, 減掉隔膜,減掉部分電解液 ;這是太藍最先量產、裝車的半固態電池產品階段。
■第二步, 完全減掉電解液 ;這是太藍將率先應用在部分細分專業領域,如低空經濟等領域的全固態產品階段。
■第三步, 減掉負極 ,只留下直接產生能量的活性物質;這是未來,太藍的無負極全固態產品階段。
通過三步走,太藍與長安攜手,去探索,去質疑甚至去證偽。
如今行業聲音中仍然有半固態電池是偽命題的說法,對無隔膜技術也持質疑、反對的態度。這本身就是新范式確立的必經階段,總要有人憑借實力和技術,去反對他人的反對,尋求新的真理。
當下中國固態電池領域的參與者大致有三種類型:
第一種,是以傳統液態鋰電池頭部企業為代表的“巨頭型”,他們憑借其在液態鋰電池領域積累的巨大優勢,包括資本優勢、人才優勢、市場拓展、標準優勢等等,在固態電池領域展開研發布局。巨大的資源優勢當然會助力新技術的發展,國家和行業對“巨頭型”也寄予了極高的期望。但我們需要警惕“柯達與數碼”的前車之鑒,企業是追求利益最大化的組織,一但顛覆技術威脅到當下主業的時候,企業做選擇題是非常正常的。
第二種,是以科研院所學術帶頭人為代表的“學院型”創業企業,是我國產、學、研的典范,國家和行業也對這類企業給予巨大支持,寄予了很高的期望;希望學院型企業能夠挑起技術創新和落地的大旗,引領行業發展。
第三種,就是像太藍這類,掌握關鍵技術、純粹市場導向,姑且可以稱之為“固態電池中的新勢力”,這類企業從解決當下市場需求的痛點和關心的問題出發,“小步快跑”,以突破性的研發成果、產業化速度,展現其不容忽視的活力和創造力。這也是一個新興方向的萌芽期最最寶貴的力量。
客觀上講,三種力量在行業發展初期都彌足珍貴,從國家和產業層面說,我們要最大程度上確保我們在下一代電池技術陣地具有優勢,我們不應該忽視任何一種力量,甚至應該更加關注最有活力同時也是最弱小的“新勢力”。
很明顯,長安關注到了太藍這類“新勢力”,太藍也積極探索固態電池的新出路,共同推動固態電池從實驗室走向市場,加速實用化和商業化進程,使中國企業繼續領跑下一代電池技術革命。
來源:第一電動網
作者:NE時代
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